CN108100023B - 一种转向管柱及转向管柱总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向管柱，包括转向上轴和转向下轴，转向上轴的下端设置有主动齿轮，转向下轴的上端设置有从动齿轮；在转向上轴与转向下轴之间设置有传动比调节装置；传动比调节装置包括支架、至少一个顶部齿轮和至少一个底部齿轮；顶部齿轮与主动齿轮啮合，底部齿轮与从动齿轮啮合；传动比调节装置还包括有用于驱动顶部齿轮绕主动齿轮公转的驱动机构；其中，在顶部齿轮绕主动齿轮公转时，底部齿轮与顶部齿轮保持同步转动，并带动从动齿轮产生附加转动角度。本发明提供的转向管柱及转向管柱总成，可以通过传动比调节装置调节转向上轴与转向下轴之间的传动比或转向速比，能够满足驾驶员在不同驾驶环境的多种需求。

Description

一种转向管柱及转向管柱总成

技术领域

本发明涉及汽车转向管柱装置技术领域，尤其涉及一种转向管柱及转向管柱总成。

背景技术

目前，乘用车上普遍采用传动比固定的转向机构，整个系统的传动比由齿轮齿条的转向机齿比决定，不能实时调节。而在实际驾驶车辆的过程中，驾驶员往往希望车辆在低速时能够有更好的转向机动性，而在高速时又更好的操控稳定性。

现有的转向机构由于转向速比或传动比是固定，不能满足驾驶员需要调节转向速比或转向比的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够调节转向速比的转向管柱及转向管柱总成。

本发明技术方案提供一种转向管柱，包括转向上轴和转向下轴，所述转向上轴的下端设置有主动齿轮，所述转向下轴的上端设置有从动齿轮；在所述转向上轴与所述转向下轴之间设置有传动比调节装置；所述传动比调节装置包括支架、至少一个顶部齿轮和至少一个底部齿轮；所述顶部齿轮与所述底部齿轮通过转动轴连接，所述转动轴可转动地安装在所述支架上；所述主动齿轮和所述从动齿轮相向地插入在所述支架内，所述顶部齿轮与所述主动齿轮啮合，所述底部齿轮与所述从动齿轮啮合；所述传动比调节装置还包括有用于驱动所述顶部齿轮绕所述主动齿轮公转的驱动机构；其中，在所述顶部齿轮绕所述主动齿轮公转时，所述底部齿轮与所述顶部齿轮保持同步转动，并带动所述从动齿轮产生附加转动角度。

进一步地，所述驱动机构包括电机、用于控制所述电机运转的控制单元和与所述电机的输出端连接的蜗杆；在所述支架的外表面上形成有一圈齿部，所述齿部与所述蜗杆啮合。

进一步地，在所述支架内设置有一对所述顶部齿轮和一对所述底部齿轮；一对所述顶部齿轮对称地布置在所述主动齿轮的两侧，一对所述底部齿轮对称地布置在所述从动齿轮的两侧；位于同一侧所述顶部齿轮与所述底部齿轮通过所述转动轴安装在所述支架上。

进一步地，所述传动比调节装置还包括有电磁锁；在所述电磁锁中的锁销伸出时，所述锁销能够插入在所述蜗杆的齿槽中阻止所述蜗杆转动。

进一步地，所述传动比调节装置还包括有外壳；所述支架、所述蜗杆和所述电磁锁都设置在所述外壳内，所述电机和所述控制单元安装在所述外壳的外侧。

进一步地，所述支架的顶部开口与所述转向上轴之间设置有一个轴承；所述支架的底部开口与所述转向下轴之间设置也有一个轴承。

进一步地，所述转动轴与所述支架之间设置有转动轴承。

本发明技术方案还提供一种转向管柱总成，包括有方向盘和前述任一技术方案所述的转向管柱；所述方向盘与所述转向管柱中的转向上轴连接，在所述转向上轴上还设置有溃缩机构。

进一步地，在所述转向上轴上还设置有转向上轴位置调节机构。

进一步地，所述转向管柱中的转向下轴上设置有转向下轴转动助力机构。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

在传动比调节装置不工作时，主动齿轮与从动齿轮之间传动比是固定的。具体地，主动齿轮带动顶部齿轮转动，顶部齿轮通过转动轴带动底部齿轮转动，底部齿轮带动从动齿轮转动，最后将转向上轴的扭矩传递至转向下轴。

在传动比调节装置工作时，主动齿轮与从动齿轮之间传动比是可以调节的。具体地，第一：在底部齿轮随同顶部齿轮绕着转动轴自转时，同时带动从动齿轮转动，此时将从动齿轮由底部齿轮自转而发生的转动角度称之为初始转动角度；第二：驱动机构带动顶部齿轮绕着主动齿轮公转，同时底部齿轮随同顶部齿轮绕着从动齿轮公转，此时绕着从动齿轮公转的底部齿轮会带动从动齿轮产生附加的转动角度，将从动齿轮由底部齿轮公转而发生的附加的转动角度称之为附加转动角度。在该过程中，从动齿轮的转动角度为初始转动角度与附加转动角度之和，从而实现对转向上轴与转向下轴之间的传动比或转向速比进行调节。

由此，本发明提供的转向管柱及转向管柱总成，可以通过传动比调节装置调节转向上轴与转向下轴之间的传动比或转向速比，能够满足驾驶员在不同驾驶环境的多种需求。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的转向管柱的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的转向管柱总成的结构示意图。

附图标记对照表：

100-转向管柱； 1-转向上轴； 11-主动齿轮；

2-转向下轴； 21-从动齿轮； 3-传动比调节装置；

31-支架； 310-齿部； 311-顶部开口；

312-底部开口； 313-轴承； 32-顶部齿轮；

33-底部齿轮； 34-转动轴； 341-转动轴承；

35-驱动机构； 351-蜗杆； 352-电机；

353-控制单元； 36-外壳； 37-电磁锁；

371-锁销； 4-方向盘； 5-溃缩机构；

6-转向上轴位置调节机构； 7-转向下轴转动助力机构。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，本发明一实施例提供的一种转向管柱100，包括转向上轴1和转向下轴2，转向上轴1的下端设置有主动齿轮11，转向下轴2的上端设置有从动齿轮21。

其中，在转向上轴1与转向下轴2之间设置有传动比调节装置3。

传动比调节装置3包括支架31、至少一个顶部齿轮32和至少一个底部齿轮33。

顶部齿轮32与底部齿轮33通过转动轴34连接，转动轴34可转动地安装在支架31上。

主动齿轮11和从动齿轮21相向地插入在支架31内，顶部齿轮32与主动齿轮11啮合，底部齿轮33与从动齿轮21啮合。

传动比调节装置3还包括有用于驱动顶部齿轮32绕主动齿轮11公转的驱动机构35。

其中，在顶部齿轮32绕主动齿轮11公转时，底部齿轮33与顶部齿轮32保持同步转动，并带动从动齿轮21产生附加转动角度。

也即是，该转向管柱100主要由转向上轴1、转向下轴2和传动比调节装置3构成。

转向上轴1的顶端与方向盘连接，其下端设置有主动齿轮11；转向下轴2的下端与转向机连接，其上端设置有从动齿轮21。在驾驶员转动方向盘时，转向上轴1带动主动齿轮11转动，主动齿轮11通过传动比调节装置3带动从动齿轮21转动，进而从动齿轮21带动转向下轴2转动，最后将方向盘的扭矩传递至转向机，转向机再控制车轮转向。

传动比调节装置3的作用是用来调节主动齿轮11与从动齿轮12之间的传动比或转向速比。传动比是机构中两转动构件角速度的比值，也称速比。

传动比调节装置3主要由支架31、顶部齿轮32、底部齿轮33和驱动机构34组成。

主动齿轮11从支架31的顶部开口311插入支架31内，从动齿轮21从支架31的底部开口312插入支架31内，主动齿轮11与从动齿轮21相向设置。

其中，顶部齿轮32位于支架31内，并与主动齿轮11啮合传动；底部齿轮33位于支架31内，并与从动齿轮21啮合传动。

顶部齿轮32位于底部33的上方，两者都固定安装在转动轴34上，转动轴34可转动地安装在支架31上。

在顶部齿轮32被主动齿轮11带动转动时(自转)，顶部齿轮32通过转动轴34带动底部齿轮33转动，进而底部齿轮33驱动从动齿轮21转动，实现固定传动比的转向传动。

驱动机构35用于驱动顶部齿轮32绕着主动齿轮11进行公转，驱动机构35可以为任意驱动构件，例如电机齿轮组合或电机连杆组合等等。

在顶部齿轮32绕着主动齿轮11进行公转时，顶部齿轮32通过转动轴34带动底部齿轮33同步转动(公转)，而此时底部齿轮33会对从动齿轮21施加一作用力，进而驱动从动齿轮21产生附加转动角度。

也就是说，需要对主动齿轮11和从动齿轮21之间的传动比进行调节时，顶部齿轮32和底部齿轮33具有两个转动：第一个转动为绕着转动轴34进行自转，此时底部齿轮33会驱动从动齿轮21转动一定的转动角度，称之为初始转动角度；第二个转动为底部齿轮33随同顶部齿轮32绕着主动齿轮11公转，此时底部齿轮33会驱动从动齿轮21转动附加的转动角度，称之为附加转动角度。在该过程中，从动齿轮21的转动角度为初始转动角度与附加转动角度之和，从而实现对转向上轴1与转向下轴2之间的传动比或转向速比进行调节。

本发明提供的转向管柱100，在传动比调节装置3不工作时，主动齿轮11与从动齿轮21之间传动比是固定的。具体地，主动齿轮11带动顶部齿轮32转动，顶部齿轮32通过转动轴34带动底部齿轮33转动，底部齿轮33带动从动齿轮21转动，最后将转向上轴1的扭矩传递至转向下轴2。

在传动比调节装置3工作时，主动齿轮11与从动齿轮21之间传动比是可以调节的。具体地，第一：在底部齿轮33随同顶部齿轮32绕着转动轴34自转时，同时带动从动齿轮21转动，此时将从动齿轮21由底部齿轮33自转而发生的转动角度称之为初始转动角度；第二：驱动机构35带动顶部齿轮32绕着主动齿轮11公转，同时底部齿轮33随同顶部齿轮32绕着从动齿轮21公转，此时绕着从动齿轮21公转的底部齿轮33会带动从动齿轮21产生附加的转动角度，将从动齿轮21由底部齿轮33公转而发生的附加的转动角度称之为附加转动角度。在该过程中，从动齿轮21的转动角度为初始转动角度与附加转动角度之和，从而实现对转向上轴1与转向下轴2之间的传动比或转向速比进行调节。

当驾驶员需要保持操控稳定性时，可以关闭传动比调节装置3，保持主动齿轮11与从动齿轮21之间传动比是固定的。

当驾驶员需要更好的转向性能时，可以开启传动比调节装置3，调节主动齿轮11与从动齿轮21之间的传动比。

由此，本发明提供的转向管柱，可以通过传动比调节装置调节转向上轴与转向下轴之间的传动比或转向速比，能够满足驾驶员在不同驾驶环境的多种需求。

优选地，转向上轴1与转向下轴2同轴心设置。

较佳地，如图1所示，驱动机构35包括电机352、用于控制电机352运转的控制单元353和与电机352的输出端连接的蜗杆351。

在支架31的外表面上形成有一圈齿部310，齿部310与蜗杆351啮合。

在电机352运转时，带动蜗杆351转动，蜗杆351带动支架31绕着转向上轴1转动，进而通过转动轴34带动顶部齿轮32绕着主动齿轮11公转或在主动齿轮11上转动，实现驱动顶部齿轮32绕着主动齿轮11进行公转的功能。

优选地，电机352能够根据车速大小调节对顶部齿轮32的驱动力，以自动适应不同的车速要求。

具体地，控制单元353上还设置有车速检测单元。

当车速检测单元检测车速低于预设值时，控制单元353提高电机352的转速，从而增加了支架31转动速度，进而增加了顶部齿轮32绕着主动齿轮11公转的速度，提高了在慢速状态下的转向性能。

当车速检测单元检测车速高于预设值时，控制单元353降低电机352的转速，从而减小了支架31转动速度，进而减小了顶部齿轮32绕着主动齿轮11公转的速度，提高了在高速状态下的操控稳定性。

当车速检测单元检测车速高于预设极限值时，控制单元353关闭电机352，保持主动齿轮11与从动齿轮21之间的传动比固定，提高操控稳定性和安全性。

其中，预设电机352的转速n的范围在0-n_max之间，车辆的车速v的范围在0-v_max之间，则转速与车速之间为反比关系，K＝n/v，其中K为常数。也即是，在车辆的车速v＝0时，电机352的转速n＝n_max，提高在慢速状态下的转向性能；在车辆的车速v＝v_max时，电机352的转速n＝0，提高在高速状态下的操控稳定性。

如此则保证传动比调节装置3能够保持实时对主动齿轮11与从动齿轮21之间的传动比进行调节。

较佳地，如图1所示，在支架31内设置有一对顶部齿轮32和一对底部齿轮32。

一对顶部齿轮32对称地布置在主动齿轮11的两侧，一对底部齿轮33对称地布置在从动齿轮21的两侧。

位于同一侧顶部齿轮32与底部齿轮33通过转动轴34安装在支架31上。

两个顶部齿轮32和底部齿轮33组成行星轮，支架31为行星轮支架，可以更好地起到传动和调节传动比的作用。

较佳地，如图1所示，传动比调节装置3还包括有电磁锁37，在电磁锁37中的锁销371伸出时，锁销371能够插入在蜗杆351的齿槽中阻止蜗杆351转动，起到失效保护作用。

在驾驶员选择变速比转向模式时，也即是选择开启传动比调节装置3时，锁销371从蜗杆351的齿槽中退回。在驾驶员选择定速比转向模式时，也即是选择关闭传动比调节装置3时，锁销371从电磁锁37中伸出插入在蜗杆351的齿槽中阻止蜗杆351转动，车辆变为定速比转向模式。

电磁锁37可以与控制单元353信号连接，通过控制单元353来控制电磁锁37的开关。

较佳地，如图1所示，传动比调节装置3还包括有外壳36，支架31、蜗杆351和电磁锁37都设置在外壳36内，电机352和控制单元353安装在外壳36的外侧，起到保护作用。

较佳地，如图1所示，支架31的顶部开口311与转向上轴1之间设置有一个轴承313，支架31的底部开口312与转向下轴2之间设置也有一个轴承313，利于支架31绕着转向上轴1和转向下轴2转动，同时起到密封作用。

较佳地，如图1所示，转动轴34与支架31之间设置有转动轴承341，利于转动轴34在支架31上转动。

如图2所示，本发明一实施例提供的转向管柱总成，包括有方向盘4和前述任一技术方案所描述的转向管柱100。

方向盘4与转向管柱100中的转向上轴1连接，在转向上轴1上还设置有溃缩机构5。

有关转向管柱100的结构、构造及工作原理请参照前面对转向管柱100的介绍部分，在此不再赘述。

本发明中的溃缩机构5可以为现有技术中的溃缩机构，其为了在发生碰撞时，使得转向上轴1发生溃缩，对驾驶员起到保护作用，可通过转向上轴1的变形实现。

较佳地，如图2所示，在转向上轴1上还设置有转向上轴位置调节机构6。

本发明中的转向上轴位置调节机构6可以为现有技术中的位置调节机构，其为了调节转向上轴1的位置，适应不同驾驶员的要求。

较佳地，如图2所示，转向管柱100中的转向下轴2上设置有转向下轴转动助力机构7。

转向下轴转动助力机构7可以为现有技术中的液压助力转向机构，其用于在驾驶员转向时对转向下轴起到助力作用，可以减缓驾驶员的操作力度，提高转向舒适性。

综上所述，本发明提供的转向管柱总成，可以通过传动比调节装置调节转向上轴与转向下轴之间的传动比或转向速比，能够满足驾驶员在不同驾驶环境的多种需求。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种转向管柱，包括转向上轴和转向下轴，所述转向上轴的下端设置有主动齿轮，所述转向下轴的上端设置有从动齿轮；

其特征在于，在所述转向上轴与所述转向下轴之间设置有传动比调节装置；

所述传动比调节装置包括支架、至少一个顶部齿轮和至少一个底部齿轮；

所述顶部齿轮与所述底部齿轮通过转动轴连接，所述转动轴可转动地安装在所述支架上；

所述主动齿轮和所述从动齿轮相向地插入在所述支架内，所述顶部齿轮与所述主动齿轮啮合，所述底部齿轮与所述从动齿轮啮合；

所述传动比调节装置还包括有用于驱动所述顶部齿轮绕所述主动齿轮公转的驱动机构；

其中，在所述顶部齿轮绕所述主动齿轮公转时，所述底部齿轮与所述顶部齿轮保持同步转动，并带动所述从动齿轮产生附加转动角度；

所述驱动机构包括电机、用于控制所述电机运转的控制单元和与所述电机的输出端连接的蜗杆；

在所述支架的外表面上形成有一圈齿部，所述齿部与所述蜗杆啮合；

所述传动比调节装置还包括有电磁锁，所述电磁锁与所述控制单元信号连接，通过所述控制单元来控制所述电磁锁的开关；

其中，在所述电磁锁中的锁销伸出时，所述锁销能够插入在所述蜗杆的齿槽中阻止所述蜗杆转动；

在选择变速比转向模式时，所述锁销从所述蜗杆的齿槽中退回，在选择定速比转向模式时，所述锁销从所述电磁锁中伸出并插入所述蜗杆的齿槽中以阻止所述蜗杆转动；

所述控制单元上还设置有车速检测单元，所述电机能够根据车速大小调节对所述顶部齿轮的驱动力；

当所述车速检测单元检测车速低于预设值时，所述控制单元提高所述电机的转速以增加所述支架转动速度；

当所述车速检测单元检测车速高于预设值时，所述控制单元降低所述电机的转速以减小所述支架转动速度；

当所述车速检测单元检测车速高于预设极限值时，所述控制单元关闭所述电机，保持所述主动齿轮与所述从动齿轮之间的传动比固定。

2.根据权利要求1所述的转向管柱，其特征在于，在所述支架内设置有一对所述顶部齿轮和一对所述底部齿轮；

一对所述顶部齿轮对称地布置在所述主动齿轮的两侧，一对所述底部齿轮对称地布置在所述从动齿轮的两侧；

位于同一侧所述顶部齿轮与所述底部齿轮通过所述转动轴安装在所述支架上。

3.根据权利要求1所述的转向管柱，其特征在于，所述传动比调节装置还包括有外壳；

所述支架、所述蜗杆和所述电磁锁都设置在所述外壳内，所述电机和所述控制单元安装在所述外壳的外侧。

4.根据权利要求1所述的转向管柱，其特征在于，所述支架的顶部开口与所述转向上轴之间设置有一个轴承；所述支架的底部开口与所述转向下轴之间设置也有一个轴承。

5.根据权利要求1所述的转向管柱，其特征在于，所述转动轴与所述支架之间设置有转动轴承。

6.一种转向管柱总成，其特征在于，包括有方向盘和权利要求1-5中任一项所述的转向管柱；

所述方向盘与所述转向管柱中的转向上轴连接，在所述转向上轴上还设置有溃缩机构。

7.根据权利要求6所述的转向管柱总成，其特征在于，在所述转向上轴上还设置有转向上轴位置调节机构。

8.根据权利要求6所述的转向管柱总成，其特征在于，所述转向管柱中的转向下轴上设置有转向下轴转动助力机构。

Images